KR100746907B1 - 디지피에스를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측장치 - Google Patents

디지피에스를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100746907B1
KR100746907B1 KR1020060054800A KR20060054800A KR100746907B1 KR 100746907 B1 KR100746907 B1 KR 100746907B1 KR 1020060054800 A KR1020060054800 A KR 1020060054800A KR 20060054800 A KR20060054800 A KR 20060054800A KR 100746907 B1 KR100746907 B1 KR 100746907B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ship
dgps
launching
launch
time
Prior art date
Application number
KR1020060054800A
Other languages
English (en)
Inventor
백점기
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부산대학교 산학협력단 filed Critical 부산대학교 산학협력단
Priority to KR1020060054800A priority Critical patent/KR100746907B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100746907B1 publication Critical patent/KR100746907B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G3/00—Traffic control systems for marine craft
    • G08G3/02—Anti-collision systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C3/00—Launching or hauling-out by landborne slipways; Slipways
    • B63C3/14—Launching or hauling-out by landborne slipways; Slipways using braking means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 육상 건조 후, 진수할 선박의 선미에 부착되는 선미 디지피에스(DGPS)와, 선수에 부착되는 선수 디지피에스(DGPS)와, 상기 디지피에스(DGPS) 신호의 기준점이 되는 육상 디지피에스(DGPS) 기지국으로 구성되어, 진수 선박의 선수와 선미의 디지피에스(DGPS) 신호에서 선미와 선수의 고도차로 해석하여, 진수개시 시점에서부터 완전부양까지의 시간과 완전부양에서 물의 저항에 의한 정지까지의 시간을 계측하며, 상기 진수개시 시점에서 완전부양까지의 속도와 거리를 상기 디지피에스(DGPS) 해석에 예측하는 것을 특징으로 하는 디지피에스(DGPS)를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측장치를 기술적 요지로 한다.
본 발명에 의하여 선박의 진수시 진수 경로가 예측되며, 이를 실시간 운동 궤적과 함께 비교하여 봄으로써, 선박의 안전 진수를 실시하게 하는 진수 선박의 진수궤도 예측방법과 장치가 제공되는 이점이 있다.
디지피에스(DGPS), 선대, 선미, 선수, 물의 저항 보정계수, 선대 마찰계수

Description

디지피에스를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측장치{Sloping Slipway-launched ship motions measurement Device and Method the same as}
도 1은 본 발명에 의한 궤도예측곡선과 검증을 위한 실측곡선이 표현된 그래프(녹봉조선, 3,400톤급 진수속도 분석)
도 2는 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 지형도
도 3은 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 주변 해역 수심도
도 4는 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 앞바다 최강창조류(밀물) 유속 분포도
도 5는 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 최대 유속 분포도(밀물, 교량 설치 전)
도 6은 본 발명의 설명을 위하여 고려된 각종 변수의 정의가 도시된 구조도
도 7은 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 실측 진수궤적 분석 결과 그래프
도 8은 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 진수 계측결과(해수면 높이 기준 선미 높이위치 변화 및 속도변화 비교) 그래프
도 9는 본 발명을 이용한 녹봉조선, 3,400톤급 진수거리 분석 그래프
도 10은 본 발명을 이용한 21세기조선, 6,500톤급 진수속도 분석 그래프
도 11은 본 발명을 이용한 21세기조선, 6,500톤급 진수거리 분석 그래프
도 12는 본 발명을 이용한 선박별 진수속도 분석 그래프
본 발명은 육상 건조 후, 진수할 선박의 선미에 부착되는 선미 디지피에스(DGPS)와, 선수에 부착되는 선수 디지피에스(DGPS)와, 상기 디지피에스(DGPS) 신호의 기준점이 되는 육상 디지피에스(DGPS) 기지국으로 구성되어, 진수 선박의 선수와 선미의 디지피에스(DGPS) 신호에서 선미와 선수의 고도차로 해석하여, 진수개시 시점에서부터 완전부양까지의 시간과 완전부양에서 물의 저항에 의한 정지까지의 시간을 계측하며, 상기 진수개시 시점에서 완전부양까지의 속도와 거리를 상기 디지피에스(DGPS) 해석에 예측하는 것을 특징으로 하는 디지피에스(DGPS)를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측장치를 기술적 요지로 한다.
일반적으로 조선소의 선박건조시 육상 건조후 이를 바다로 진수시키는 방식이 우리나라를 중심으로 널리 실시되고 있다.
그런데 대형 선박의 진수시 선박의 안전진수를 위하여 진수 경로를 예측하여야 할 필요성이 점차 크게 대두되고 있으나, 실제에 있어서 이를 예측하기 위해서는 조선소 인근 바다의 조류의 방향, 풍향, 해수 밀도, 시간과 계절의 고려 등의 기초적인 물리환경의 조사가 선행되어야 하였다.
즉, 선대로부터 완전 부양된 후 예인선의 도움 없이 부양 직후의 운동 에너지만으로 운동하여 선박이 정지할 때까지의 직선거리 (이후 “진수거리”라 칭함)나, 이때 선대의 마찰력, 예인선의 예인력, 부양 후 물의 저항, 해상에서의 바람 및 조류의 영향 등을 고려하여, 선대에서 선박을 끌어내리는 단계에서 뿐만 아니라, 완전 부양 후에도 정박할 부두까지 예인선을 활용하여 예인하게 되므로 이 경우에 대한 진수거리 계산과 교량과의 충돌 가능성을 정량적으로 분석해야 할 필요성이 크게 대두되었다.
또한, 진수 선박이 넓은 바다를 향할 경우에는 단지 선박의 안전만이 고려할 사항이나, 연안에 접한 좁은 바다의 경우에는 진수거리가 크게 확보되지 않아 육지나 육상의 시설물과 충돌할 위험도 매우 크므로 그 정량적 분석 필요성이 매우 크다.
그런데 이러한 환경의 조사는 그 비용이 크게 들 뿐만 아니라, 실제 적용시에도 조사환경과의 시간적 불일치 때문에 오차 발생이 크다는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 선박의 진수시 진수 경로가 예측되며, 이를 실시간 운동 궤적과 함께 비교하여 봄으로써, 선박의 안전 진수를 실시하게 하는 진수 선박의 진수궤도 예측방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 육상 건조 후, 진수할 선박의 선미에 부착되는 선미 디지피에 스(DGPS)와, 선수에 부착되는 선수 디지피에스(DGPS)와, 상기 디지피에스(DGPS) 신호의 기준점이 되는 육상 디지피에스(DGPS) 기지국으로 구성되어, 진수 선박의 선수와 선미의 디지피에스(DGPS) 신호에서 선미와 선수의 고도차로 해석하여, 진수개시 시점에서부터 완전부양까지의 시간과 완전부양에서 물의 저항에 의한 정지까지의 시간을 계측하며, 상기 진수개시 시점에서 완전부양까지의 속도를 상기 디지피에스(DGPS) 해석에 의해
Figure 112006042646440-pat00001
로 구해지는 선대 마찰계수
Figure 112006042646440-pat00002
를 이용하여
Figure 112006042646440-pat00003
로 구하며, 진수개시 위치에서 선박의 정지까지의 진수거리를 상기 디지피에스(DGPS) 해석에 의해 입수 후 물의 저항 보정계수
Figure 112006042646440-pat00004
를 이용하여
Figure 112006042646440-pat00005
로 구하는 것을 특징으로 하는 디지피에스(DGPS)를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측장치를 기술적 요지로 한다.
또한 본 발명은 육상 건조 후, 진수할 선박의 선미에 선미 디지피에스(DGPS)와 선수에 선수 디지피에스(DGPS)를 부착시키고, 상기 디지피에스(DGPS) 신호의 기준점이 되는 육상 디지피에스(DGPS) 기지국을 형성시키는 디지피에스(DGPS) 설치단계와, 진수 선박의 선수와 선미의 디지피에스(DGPS) 신호에서 선미와 선수의 고도 차로 해석하여, 진수개시 시점에서부터 완전부양까지의 시간과 완전부양에서 물의 저항에 의한 정지까지의 시간을 계측하는 단계와, 상기 계측시간과 이동거리를 이용하여 진수 가속도 a를 구하는 단계와, 선대 마찰계수
Figure 112006042646440-pat00006
를
Figure 112006042646440-pat00007
로 구하는 단계와 상기 진수개시 시점에서 완전부양까지의 속도를 상기 선대 마찰계수
Figure 112006042646440-pat00008
를 이용하여
Figure 112006042646440-pat00009
로 구하는 단계와 입수 후 물의 저항 보정계수
Figure 112006042646440-pat00010
를 구하는 단계와, 진수개시 위치에서 선박의 정지까지의 진수거리를
Figure 112006042646440-pat00011
로 구하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지피에스(DGPS)를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.
여기서 상기 진수 가속도 a를 구하는 단계는, 최초 단위 측정시간에 대하여 실시되어, 진수 개시후 선박의 진수속도와 진수거리를 미리 구하여 이를 디스플레이 신호로 전송시킴으로써, 진수개시와 동시에 선박의 진수 예측궤도가 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 디지피에스(DGPS)를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측방법으로 되는 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 도면과 함께 본 발명에 관하여 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 궤도예측곡선과 검증을 위한 실측곡선이 표현된 그래프(녹봉조선, 3,400톤급 진수속도 분석)이며, 도 2는 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 지형도이며, 도 3은 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 주변 해역 수심도이며, 도 4는 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 앞바다 최강창조류(밀물) 유속 분포도이며, 도 5는 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 최대 유속 분포도(밀물, 교량 설치 전)이며, 도 6은 본 발명의 설명을 위하여 고려된 각종 변수의 정의가 도시된 구조도이며, 도 7은 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 실측 진수궤적 분석 결과 그래프이며, 도 8은 본 발명의 실시 실험지인 녹봉 조선소의 진수 계측결과(해수면 높이 기준 선미 높이위치 변화 및 속도변화 비교) 그래프이며, 도 9는 본 발명을 이용한 녹봉조선, 3,400톤급 진수거리 분석 그래프이며, 도 10은 본 발명을 이용한 21세기조선, 6,500톤급 진수속도 분석 그래프이 며, 도 11은 본 발명을 이용한 21세기조선, 6,500톤급 진수거리 분석 그래프이며, 도 12는 본 발명을 이용한 선박별 진수속도 분석 그래프이다.
상기의 수식에 있어서 기호와 이하 정의되는 기호는 다음과 같다.
θ : 선대와 수평면과의 경사각
m : 선박의 질량
g: 중력가속도
h : 선대의 높이
d1 : 완전부양 전 선박의 이동거리
d2 : 완전부양 후 선박의 이동거리
V : 선박의 이동속도
t : 시간
LCG : longitudinal Center of Gravity
B : 부력
Cf : 물의 마찰저항계수
Figure 112006042646440-pat00012
Cs : 선대의 마찰계수 (진수현장의 계측결과로부터 추정되는 수치)
Cw : 입수 후 물의 저항보정계수 (진수 현장의 계측에 의해 추정되는 수치)
Rf : 물의 마찰 저항력
Figure 112006042646440-pat00013
Rn : 레이놀드 계수(Reynold's number)
S : 선박의 침수표면적
ρ: 해수밀도
또한, 부양 전후의 선박이 받는 힘의 성분은 다음과 같다.
Figure 112006042646440-pat00014
: 선박의 무게에 의한 힘의 성분
Figure 112006042646440-pat00015
예인선에 의한 예인력 성분(진수 현장 계측 결과로부터 추정)
Figure 112006042646440-pat00016
: 선대의 마찰저항력 성분
Figure 112006042646440-pat00017
: 물의 저항력 성분
본 발명은 디지피에스(DGPS)를 이용하여 진수선박의 속도, 거리, 가속도를 예측하여 이를 진수선박의 진수궤도를 예측하는데 사용하는 장치와 그 방법에 관한 것으로서, 선미 디지피에스(DGPS)와 선수디지피에스(DGPS)와 육상 디지피에스(DGPS) 기지국으로 디지피에스(DGPS) 계측장비를 구성하고 그 데이터를 활용한다.
통상 선박은 진수시 일정 기울기를 가지는 육상에서 미끄러져 해상에 진수되는데, 진수시 속도를 결정짓는 큰 변수로서, 진수 현장의 특성저항력들이 있다.
즉, 진수 현장에서의 물의 흐름이나 바람 등의 요인에 의하여 진수시 발생되 는 저항력은 그 현장 특유의 변수가 되어 일반적인 물리법칙에 의한 계산이 힘들게 한다.
본 발명은 상기한 진수 현장 특유의 변수들을 디지피에스(DGPS) 정보를 이용하여 계측하고 이를 활용하여 선박의 진수거리와 진수속도를 구함으로써, 진수시 선박의 안전을 예측하게 한다.
이를 위하여 본 발명은 육상 건조 후, 진수할 선박의 선미에 부착되는 선미 디지피에스(DGPS)와 선수에 부착되는 선수 디지피에스(DGPS)와 상기 디지피에스(DGPS) 신호의 기준점이 되는 육상 디지피에스(DGPS) 기지국으로 디지피에스(DGPS)를 구성한다.
경사 선대 진수방식에서는 진수구간에 걸친 선박의 운동특성은 크게 두 단계로 나누어 생각할 수 있다. 즉, 선박이 진수대로부터 활주를 시작하여 완전부양이 이루어지는 지점까지의 단계와, 입수 후 물의 저항에 의해 속도가 감소되어 마침내 정지할 때까지의 단계이다. 여기서, 완전부양이라 함은 진수 선박 길이 전체가 해상으로 미끄러져 내려온 상태를 말한다.
후술하는 바의 자유부양이라 함은 선박의 길이에 해당하는 거리만큼 이동하여 해상에 완전 부양한 후에 예인선이 예인을 위해 선박에 접근할 수 있을 정도로 선박의 운동속도가 저하된 상태를 의미한다. 자유부양에 이르기까지의 이동 거리는 진수 현장 계측 결과를 바탕으로 실용적인 값을 정의할 수 있다.
진수 시 선박의 거동은 에너지 보존 법칙을 통해 설명될 수 있으며, 이때 고 려되는 에너지는 운동에너지(Ek)와 위치에너지(Ep)이고, 그 관계는 다음과 같이 표현된다.
Ek + Ep= 일정
상기한 바와 같이 선박은 진수 개시시에 일정 기울기의 경사에서 미끄러져 바다로 진수되므로, 진수 개시시부터 완전부양까지, 완전부양에서 정지까지의 선박 경사가 구분된다.
상기 진수개시시부터 완전부양까지의 선박의 운동거동은 일정 경사를 이루면서 하강하는 구역과 입수 후 출렁임이 발생되는 구역으로 세분된다.
따라서 본 발명과 같이 선수와 선미에 각각 디지피에스(DGPS)를 형성시킬 경우에는 선박의 경사각이 정보로 입수되므로, 상기 경사각의 변화를 추적하여 선박의 진수개시시부터 완전부양까지의 시간 거리를 알 수 있다.
한편, 완전부양 후에는 물의 저항력에 의하여 선박의 속도가 점차 감소하여 정지되는며, 이때에는 선박이 수평을 유지하는 선미와 선수의 디지피에스(DGPS) 신호가 감지될 것이다.
상기 육상 기지국은 선미와 선수 디지피에스(DGPS) 신호의 해석 기준점이 된다.
상기 디지피에스(DGPS) 신호에서, 진수 선박의 선수와 선미 고도차로 해석하여, 진수개시 시점에서부터 완전부양까지의 시간과 완전부양에서 물의 저항에 의한 정지까지의 시간을 계측하는데, 상기 디지피에스(DGPS) 신호에 의하면 선박의 이동 거리, 시간, 경사각이 측정되므로 선박의 진수시 가속도 a가 계산되며, 상기 가속도를 이용하면, 선대 마찰계수
Figure 112006042646440-pat00018
를
Figure 112006042646440-pat00019
로 구할 수 있다.
상기 선대 마찰계수
Figure 112006042646440-pat00020
는 진수되는 해당 선박의 특성 마찰계수로서, 진수 선박의 운동특성을 알기 위해선 가장 중요한 인자 중의 하나이다.
종래에는 상기 선대 마찰계수는 도 2에서 도 5에 도시된 바와 같은 주변 해역 특성조사를 바탕으로 진수 전 시뮬레이션을 통한 여러 차례의 실험에 의하여 구하였으나, 본 발명에 의하여 상기 선대 마찰계수는 정밀하게 측정되는 속도로부터 쉽게 추정될 수 있는 이점이 있다.
즉, 선박의 움직임을 추적하여 전체적인 힘의 변화를 관찰하면 마찰력을 알 수 있으며 이 마찰력으로부터 선대 마찰계수를 수치적으로 도출하는 것이다.
상기 선대 마찰계수를 이용하면, 진수개시 시점(t0)에서 완전부양 시간(t1)까지의 속도를 상기 디지피에스(DGPS) 해석에 의해
Figure 112006042646440-pat00021
로 구할 수 있다.
자세하게는, 선박이 임의의 거리 d 만큼 미끄러져 내려가는 동안의 전체 운동 에너지 E는 힘 F를 이동 거리 d까지 적분하여 다음과 같이 얻어진다.
Figure 112006042646440-pat00022
따라서, 완전부양 후 초기속도(v1)는 다음과 같이 얻어진다.
Figure 112006042646440-pat00023
또는 다음 식을 이용하여 완전부양 후 초기속도 을 구할 수 있다.
t=t0 일 경우:
Figure 112006042646440-pat00024
여기서,vo는 t=to=0 에서의 속도로서, v0=0이므로,
mgh = 일정
t=t1 일 경우:
Figure 112006042646440-pat00025
여기서,h=0이므로,
Figure 112006042646440-pat00026
선대의 마찰력 F3 은 다음과 같이 계산된다.
Figure 112006042646440-pat00027
이며 이를 상기 식에 대입하면,
Figure 112006042646440-pat00028
이 되고
Figure 112006042646440-pat00029
가 된다.
한편, 상기 디지피에스(DGPS) 신호를 해석하면, 완전부양 시간(t0) 후 물의 저항 보정계수
Figure 112006042646440-pat00030
를 구할 수 있다. 상기 물의 저항 보정계수는 선박을 건조하는 조선소 앞바다의 특성 인자로서, 해수의 흐름 방향, 밀물과 썰물 등의 시간적 변이, 바람, 수심 등의 영향으로 결정되어 지는 것으로서, 종래에 있어서는 당해 현장에 대한 물의 저항 보정계수를 알기 위해서는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 당해 바다에서 실측에 의하여 구할 수밖에 없었다.
그러나 본 발명은 상기 물의 저항 보정계수를
Figure 112006042646440-pat00031
로 구하며, 여기서 가속도는 시간변수이므로 바다에 입수 후, 선박의 속도변화를 관찰하면 상기 물의 저항 보정계수를 즉시 알 수 있게 된다.
즉, 상기 물의 저항 보정계수는 시간과 계절, 풍속 등 여러가지 요인으로 인하여 실제로 측정한다 하더라도 정확한 적용이 어려웠으나, 본원 발명에 의하면, 배의 입수와 동시에 물의 저항 보정계수가 산출되어 입수한 선박의 정지거리(d2)를 예측할 수 있게 된다.
이때 상기 가속도 a는 단위 시간을 변수로 하는 a(t)의 값으로서, 진수 후 초기시간에 대한 가속도이다.
완전부양 시간(t1)에서 정지시간(t2)까지의 운동 거동을 살펴보면,
t = t1 일 경우 :
Figure 112006042646440-pat00032
완전부양 후 선박이 완전 정지하는 데는 물에 의한 저항요소가 가장 크게 될 것이다.
t= t2 일 경우：
Figure 112006042646440-pat00033
여기서, v2는 t=t2, 즉 선박이 정지할 때의 속도로서 0이고, 물의 저항(Rw)는
Figure 112006042646440-pat00034
이다.
Figure 112006042646440-pat00035
가 되어
진수거리는
Figure 112006042646440-pat00036
가 된다.
상기 과정에 의해 진수 후 선박의 정지거리 즉 진수거리를 계산할 수 있다. 단, 상기 계산은 전술한 바와 같이 진수대를 연장한 직선을 따라 선박이 운동한다는 가상적인 시나리오를 바탕으로 이루어졌다.
이상의 본 발명에 의하면 진수개시시 단위 시간에 대한 가속도를 구하고,
상기 가속도를 이용하여
Figure 112006042646440-pat00037
로 진수개시 위치에서 선박의 정지까지의 진수거리를 상기 디지피에스(DGPS) 해석에 의해 구함으로써, 도 1과 같이 진수 후 완전부양까지의 배의 운동거동을 예측하고, 완전부양 후 초기 시간에 대한 가속도를 구하여 배의 정지거리를 예측할 수 있는 장치가 제공된다.
뿐만 아니라, 디지피에스(DGPS)로는 도 7과 같이 실제로 선박의 운동궤적이 나타나므로, 상기 정보를 이용하면 선박의 궤적과 함께 선박의 속도, 거리 시간의 정보가 상세히 나타나며, 진수 전 미리 선대마찰계수를 시뮬레이션하거나, 물의 저항 보정계수를 측정할 필요없이, 진수와 동시에 더 정확한 각 특성인자가 동시에 계산된다.
이상의 본 발명을 실시하기 위하여 본 발명은 상기 디지피에스(DGPS)의 설치단계와 상기 진수 선박의 선수와 선미의 디지피에스(DGPS) 신호에서 선미와 선수의 고도차로 해석하여, 진수개시 시점에서부터 완전부양까지의 시간과 완전부양에서 물의 저항에 의한 정지까지의 시간을 계측하는 단계와 상기 계측시간과 이동거리를 이용하여 진수 가속도 a를 구하는 단계와 선대 마찰계수
Figure 112006042646440-pat00038
를
Figure 112006042646440-pat00039
로 구하는 단계와 상기 진수개시 시점에서 완전부양까지의 속도를 상기 선대 마찰계수
Figure 112006042646440-pat00040
를 이용하여
Figure 112006042646440-pat00041
로 구하는 단계와 입수 후 물의 저항 보정계수
Figure 112006042646440-pat00042
를 구하는 단계와 진수개시 위치에서 선박의 정지까지의 진수거리를
Figure 112006042646440-pat00043
로 구하는 단계로 이루어 지게 된다.
한편, 상기 진수 가속도 a를 구하는 단계는, 시간을 변수로 하는 값이므로 가속도 a(t)를 최초 단위 측정시간에 대하여 구하여, 진수 개시 후 선박의 진수속도와 진수거리를 미리 예측할 수 있다.
이러한 예측값들을 디지피에서 궤도를 디스플레이시키는 장치에 디스플레이 신호로 전송시키면, 진수개시와 동시에 선박의 진수 예측궤도가 디스플레이되는 장치가 제공된다.
뿐만 아니라, 디지피에스(DGPS)에 의하여 실시간으로 실제 이동 궤도가 디스 플레이되면서 지속적으로 가변되는 예측경로가 그려지므로, 실제의 선박 진수 궤도와 예측궤도를 관찰할 수 있게 된다.
이하 본 발명에 관한 실시예를 살펴보기로 한다.
[계측장비]
실제 선박의 운동 특성을 분석하기 위하여 진수시 선박의 운동 속도와 이동 궤적을 실측하였다. 진수 현장 계측은 첨단 장비를 이용하여 수행하였으며, 사용한 계측장비는 아래와 같다.
화상카메라(Video Measurement System, VMS) 3대 : 결과의 검증
디지피에스(DGPS) 세트 (기준점 설정용 기지국, 안테나, 데이터 취득용 장치)
화상카메라 촬영 테이프를 분석하면 초당 30 프레임정도의 간격으로 진수 시간의 변화에 따른 선박의 운동 속도 변화를 알 수 있다. 실제 계측에서는 3대의 카메라를 이용하여 촬영 방향과 위치를 바꾸어 촬영하였다.
디지피에스(DGPS)는 운동하는 물체의 시간 변화에 따른 운동속도 변화와 지구의 3차원 공간에서의 좌표이동을 정밀하게 계측하는 장비이다. 본 연구에서는 RKT-GPS 측량, Portable GPS 측량 및 EDM 측량을 이용하였다. 본 연구에서 측량 시에 요구되는 정도(精度)가 수십 cm 수준 이하이기 때문에, 1cm 이하의 오차만이 허용되는 초정밀 RTK-GPS 측량 장비를 기본 측량장비로 사용하였다.
후술하는 바와 같이 화상카메라에 의한 운동속도 계측결과와 디지피에 스(DGPS)에 의한 운동속도 계측결과는 거의 일치하는 결과를 주었으며, 2가지 계측장비의 정밀도와 신뢰성을 확인할 수 있었다.
[실시예 1] 녹봉 조선소
상기 계측장비를 이용하여 녹봉조선소에서 연구기간중에 진수한 선박에 대한 현장 계측을 수행하였다. 표 1에 진수선박의 주요 제원과 진수내용을 나타내고 있다.
표 1. 녹봉 조선소 진수대상 선박 제원 및 진수내용 상세
진수일시 2004년 1월 9일 오전 10시 59분
선종 Chemical tanker (3,400DWT)
진수방법 대차식 진수
선대의 기울기 1/19(3°)
주요치수：LOA×LBP×B×D×d(m) 109.5×102.0×16.6×8.7×6.75
진수중량 1,490톤
방형계수 (Cb) 0.637
1-1. 화상 카메라 이용 계측
진수선박의 진수상황이 가장 잘 확보되는 위치인 녹봉조선소 인근 야산의 최적 카메라 설치장소와 바로 옆에 위치한 경인기업 내부 최적 카메라 설치장소를 물색하여 총 3 군데에서 진수현장을 계측하였다.
1-2. 디지피에스(DGPS) 이용 계측
녹봉조선소 본관 옥상에 인공 위성 기준국을 설치하고, 진수선박 선미에 위치이동 추적용 이동형 디지피에스(DGPS)를 설치하였다. 2대의 인공위성과의 교신을 바탕으로 측정하였다. 즉, 인공위성의 신호와 지상에 설치된 기준국의 신호로부터 시간대별 선박의 위치를 정밀하게 측정하였다.
이동형 디지피에스(DGPS) 는 진수선박 선미단(트랜섬)에서부터 선수방향으로 6m, 선체 중심선으로부터 좌현 쪽으로 2m 떨어져서 bridge 갑판 상에 설치되었다.
도 7은 진수 시작과 동시에 디지피에스(DGPS)를 이용하여 관측된 선박의 이동궤적이다.
1-3. 해상부표 이용 계측
화상카메라 및 디지피에스(DGPS) 이용 계측과 함께 실제 진수선박에 탑승하여 등간격으로 미리 가설하여 둔 해상 부표를 이용한 육안관측을 병행하였다.
선박의 진수 예정경로에 설치된 50m의 간격의 부표 4개를 이용하여 선박이 통과하는 시간을 측정한 결과를 아래 표에 정리한다.
표 2 부표이용 관측결과 상세
부표의 위치 진수시간 부표 간 소요시간
1번 부표(선미로부터 70m) 35초 35초
2번 부표(선미로부터 120m) 60초 25초
3번 부표(선미로부터 170m) 93초(1분 33초) 33초
4번 부표(선미로부터 220m) 120초(2분) 27초
부표관측을 통한 관측에서 얻어진 주요 관측결과는 아래와 같다.
○ 진수 시작 시 예인선으로 예인력을 가함.
○ 자유부양이 이루진 후에도 추가로 예인력을 가함.
화상카메라 등의 자료에서 예인로프가 느슨해 졌다가 다시 팽팽하게 인장되는 것으로부터 확인 가능.
○ 270m지점까지 진행한 후 선회작업 시작.
1-4. 계측결과 종합 분석
도 1에는 화상카메라와 디지피에스(DGPS)활용을 통해 확보한 속도계측결과를 이용하여 비교분석하고 있다. 그림으로부터 확인할 수 있듯이 상당히 높은 정도로서 계측활동이 수행되었다고 판단된다.
도 8에는, 선박의 운동궤적과 각 위치별 속도를 분석한 결과를 나타내고 있다. 도 1과 도 8은 디지피에스(DGPS)에서 보여지는 바와 같이 본 발명에 의하면선박의 높이변화를 바탕으로 입수 후의 선미 부양, 선박 전체가 균일한 높이를 유지하기 시작하는 자유부양시점을 파악할 수 있는 등, 선대를 미끄러져 내려오면서 높이는 점차로 낮아지다가 해수의 부양력에 의해 선체가 다시 부양되는, 즉 선박 높이가 다시 높아지는 진수의 전체 과정에 걸친 선박운동 특성을 명확하게 보여주고 있다.
[실시예 2] 21세기 조선소
21세기 조선소에서 진수가 이루어진 대상 선박 주요제원 및 계측일시를 아래 표에 정리한다.
표 3 21세기 조선소 진수대상 선박 제원 및 진수내용 상세
진수일시 2004년 1월 20일 오전 7시 43분
선종 Cargo ship(6,500DWT)
진수방법 대차식 진수
선대의 기울기 1/20(2.86°)
주요치수：LOA×LBP×B×D×d(m) 109.5×102.0×16.6×8.7×6.75
진수중량 2,070톤(DH 중량 제외)
방형계수(Cb) 0.656
침수 표면적(m2) 1,390
Tug boat 2,400HP 1척 및 2,600HP 1척
21세기 조선소 진수현장 계측결과 분석에 의하면, 예인선활용 및 대차식 진수방식 채용 등 동일한 진수방식 하에서 녹봉조선소보다 선박의 길이가 긴 선박을 진수하였음에도 불구하고, 예상보다 상당히 짧은 진수거리가 계측되었다.
이것은 진수현장 지휘자 및 예인선 선장의 판단 하에 이루어졌다고 판단되지만, 자유부양 이후의 방향 선회가 진수거리를 짧게 만드는 데 결정적인 요인으로 작용한다는 것을 확인할 수 있었다.
21세기 조선소에서의 실측 역시 녹봉조선과 마찬가지로 화상카메라 및 디지피에스(DGPS)를 이용한 계측이 이루어졌다.
도 10과 도 11에서 확인할 수 있듯이, 선대를 미끄러져 내려오면서 높이는 점차로 낮아지다가 해수의 부양력에 의해 선체가 다시 부양되는, 즉 선박 높이가 다시 높아지는 진수의 전체 과정에 걸친 선박운동 특성을 명확하게 보여주고 있다. 따라서 이러한 자료에 대한 정밀한 분석을 바탕으로 진수 시의 자유부양 및 그 시점에 상응하는 속도를 정밀하게 파악할 수 있다.
[실시예 3] 신아 조선소
신아조선소의 선대 진수 방식은 대차식 진수방식을 채용하고 있는 녹봉조선소나 21세기 조선소와는 달리 롤러식 진수방식을 채용하고 있다. 그러나, 선박의 완전부양후 운동 특성은 기본적으로 3군데 조선소에서와 유사할 것이다.
따라서, 완전부양후 선박의 운동 특성을 비교 고찰하기 위하여 신아 조선소에서 진수된 선박에 대해서도 현장 계측을 수행하였다. 아래 표는 진수 선박에 대한 주요제원과 진수 내용을 나타내고 있다.
표 6 신아 조선소 진수대상 선박 제원 및 진수내용 상세
진수일시 2004년 1월 20일 오전 9시 28분
선종 Product/chemical(37,000DWT)
진수방법 롤러식 진수
선대의 기울기 1/19(3°)
주요치수：LOA×LBP×B×D(m) 176.0×168.0×31.0×17.2
진수중량 8,800톤
방형계수(Cb) 0.80
Tug boat(침로 유지용) 2,400HP 1척 및 2,600HP 1척
신아조선소의 진수방식은 큰 범위에서는 경사선대 진수라는 동일한 방법을 채택하고 있으나, 녹봉조선과 21세기조선과는 달리 선대위에 롤러부착 컨베이어가 고정되어 있으며 그 위를 선박이 미끄러져 나려가는 롤러형 진수방식이다.
따라서 녹봉조선소나 21세기조선소 보다 선대마찰력이 훨씬 적으며 실제로 관측된 결과 진수 초기속도는 두 조선소보다 훨씬 빠르다는 것이 판명되었다.
도 13은 세 군데 조선소에서 수행된 진수현장계측 분석결과를 비교하여 보이고 있다. 전술한 바와 같이, 신아조선의 진수에서는 진수 초기속도가 나머지 두 경우 보다 훨씬 빠르다는 것을 확인할 수 있다.
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 실시예는 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예에 불과하며, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명 의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
이상 설명한 본 발명에 의하여 선박의 진수시 진수 경로가 예측되며, 이를 실시간 운동 궤적과 함께 비교하여 봄으로써, 선박의 안전 진수를 실시하게 하는 진수 선박의 진수궤도 예측방법과 장치가 제공되는 이점이 있다.

Claims (3)

  1. 육상 건조 후, 진수할 선박의 선미에 부착되는 선미 디지피에스(DGPS)와;
    선수에 부착되는 선수 디지피에스(DGPS)와;
    상기 디지피에스(DGPS) 신호의 기준점이 되는 육상 디지피에스(DGPS) 기지국으로;
    구성되어,
    진수 선박의 선수와 선미의 디지피에스(DGPS) 신호에서 선미와 선수의 고도차로 해석하여, 진수개시 시점에서부터 완전부양까지의 시간과 완전부양에서 물의 저항에 의한 정지까지의 시간을 계측하며,
    상기 진수개시 시점에서 완전부양까지의 속도를 상기 디지피에스(DGPS) 해석에 의해
    Figure 112006042646440-pat00044
    로 구해지는 선대 마찰계수
    Figure 112006042646440-pat00045
    를 이용하여
    Figure 112006042646440-pat00046
    로 구하며,
    진수개시 위치에서 선박의 정지까지의 진수거리를 상기 디지피에스(DGPS) 해석에 의해 입수 후 물의 저항 보정계수
    Figure 112006042646440-pat00047
    를 이용하여
    Figure 112006042646440-pat00048
    로 구하는 것을 특징으로 하는 디지피에스(DGPS)를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측 장치.
    (상기 수식의 부호는 다음과 같음)
    θ : 선대와 수평면과의 경사각
    m : 선박의 질량
    g: 중력가속도
    h : 선대의 높이
    d1 : 완전부양 전 선박의 이동거리
    d2 : 완전부양 후 선박의 이동거리
    V : 선박의 이동속도
    t : 시간
    LCG : longitudinal Center of Gravity
    B : 부력
    Cf : 물의 마찰저항계수
    Figure 112006042646440-pat00049
    Cs : 선대의 마찰계수 (진수현장의 계측결과로부터 추정되는 수치)
    Cw : 입수 후 물의 저항보정계수 (진수 현장의 계측에 의해 추정되는 수치)
    Rf : 물의 마찰 저항력
    Rn : 레이놀드 계수(Reynold's number)
    S : 선박의 침수표면적
    ρ: 해수밀도
  2. 육상 건조 후, 진수할 선박의 선미에 선미 디지피에스(DGPS)와 선수에 선수 디지피에스(DGPS)를 부착시키고, 상기 디지피에스(DGPS) 신호의 기준점이 되는 육상 디지피에스(DGPS) 기지국을 형성시키는 디지피에스(DGPS) 설치단계와;
    진수 선박의 선수와 선미의 디지피에스(DGPS) 신호에서 선미와 선수의 고도차로 해석하여, 진수개시 시점에서부터 완전부양까지의 시간과 완전부양에서 물의 저항에 의한 정지까지의 시간을 계측하는 단계와;
    상기 계측시간과 이동거리를 이용하여 진수 가속도 a를 구하는 단계와;
    선대 마찰계수
    Figure 112006042646440-pat00050
    를
    Figure 112006042646440-pat00051
    로 구하는 단계와;
    상기 진수개시 시점에서 완전부양까지의 속도를 상기 선대 마찰계수
    Figure 112006042646440-pat00052
    를 이용하여
    Figure 112006042646440-pat00053
    로 구하는 단계와;
    입수 후 물의 저항 보정계수
    Figure 112006042646440-pat00054
    를 구하는 단계와;
    진수개시 위치에서 선박의 정지까지의 진수거리를
    Figure 112006042646440-pat00055
    로 구하는 단계로 이루어 지는 것을 특징으로 하는
    디지피에스(DGPS)를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측방법.
    (상기 부호의 수식은 청구항 1과 같음)
  3. 제2항에 있어서 상기 진수 가속도 a를 구하는 단계는,
    최초 단위 측정시간에 대하여 실시되어, 진수 개시후 선박의 진수속도와 진수거리를 미리 구하여 이를 디스플레이 신호로 전송시킴으로써, 진수개시와 동시에 선박의 진수 예측궤도가 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 디지피에스(DGPS)를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측방법.
KR1020060054800A 2006-06-19 2006-06-19 디지피에스를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측장치 KR100746907B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060054800A KR100746907B1 (ko) 2006-06-19 2006-06-19 디지피에스를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060054800A KR100746907B1 (ko) 2006-06-19 2006-06-19 디지피에스를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100746907B1 true KR100746907B1 (ko) 2007-08-07

Family

ID=38602125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060054800A KR100746907B1 (ko) 2006-06-19 2006-06-19 디지피에스를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100746907B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101193624B1 (ko) 2010-09-01 2012-10-23 주식회사 프로맥스 선박의 위치 또는 모션 측정방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010045265A (ko) * 1999-11-04 2001-06-05 김징완 선박의 해상 시운전 계측·해석 방법
KR20010057317A (ko) * 1999-12-21 2001-07-04 김형벽ㅂ 구명정/구조정의 진수시험 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010045265A (ko) * 1999-11-04 2001-06-05 김징완 선박의 해상 시운전 계측·해석 방법
KR20010057317A (ko) * 1999-12-21 2001-07-04 김형벽ㅂ 구명정/구조정의 진수시험 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101193624B1 (ko) 2010-09-01 2012-10-23 주식회사 프로맥스 선박의 위치 또는 모션 측정방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Breivik et al. Wind-induced drift of objects at sea: The leeway field method
Turnbull et al. Operational iceberg drift forecasting in Northwest Greenland
CN107585263B (zh) 一种可定位的自沉浮深海系留探测平台
Grare et al. Instrumented wave gliders for air-sea interaction and upper ocean research
RU2624835C2 (ru) Операции арктической сейсморазведки
Millard et al. Versatile autonomous submersibles—the realising and testing of a practical vehicle
CN107462891B (zh) 一种三点式深海潜标定位方法
Tu et al. Predicting drift characteristics of persons-in-the-water in the South China Sea
Lu et al. Motion pose estimation of inshore ships based on point cloud
US8381584B1 (en) Model hull testing method, platform, and system
KR100746907B1 (ko) 디지피에스를 이용한 진수 선박의 진수궤도 예측장치
Allen et al. Field determination of the leeway of drifting objects
CN109398615B (zh) 一种浮标用沉块的深海布放方法
US8375782B1 (en) Model hull testing method, platform, and system
NL2032365B1 (en) Method and system for determining seawater depth for manned submersible
Gourlay et al. Full-scale measurements of containership sinkage, trim and roll
Parker et al. Modern under-keel clearance management
RU2610156C1 (ru) Морское патрульное судно для экологического контроля территориальных вод, континентального шельфа и исключительной экономической зоны
Gourlay Dynamic draught of container ships in shallow water
Tu et al. Predicting drift characteristics of life rafts: Case study of field experiments in the South China Sea
Zhang et al. Acoustic Doppler velocimeter flow measurement from an autonomous underwater vehicle with applications to deep ocean convection
Gourlay et al. Ship under-keel clearance monitoring using RTK GPS
Violante-Carvalho et al. The Flying Anchor: An Original Technique for Beach Profile Measurements in the Surf Zone
Traykovski et al. SERDP Project MR-2729
Falco et al. Measurements for Oceanography

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120926

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130514

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140724

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150526

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160617

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee